時間交替ADC系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

由(10)可知時間誤差是由于實(shí)際采樣時鐘發(fā)生了αk的偏差引起的，由此可以通過時域插值運(yùn)算對實(shí)際采樣點(diǎn)t作一個t-αk的時間偏移以達(dá)到校正時間誤差的目的。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)Cyclone III芯片手冊可以知道EP3C25Q240C8芯片中FIFO最大支持的時鐘頻率為238 MHz，同時校正算法中采樣頻率和信號頻率有fs=fo·N/m，因此實(shí)際設(shè)計中每個ADC采樣通道的采樣頻率為200MSPS，整個系統(tǒng)的采樣率最終達(dá)到400 MSPS。

硬件電路設(shè)計完成后，在模擬輸入端接入幅值為300 mV，頻率為1 kHz，偏置和相位都為0的正弦信號作為模擬輸入信號，并將FPGA采集到的數(shù)據(jù)送到Matlab中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和誤差校正，兩個通道每個通道采樣點(diǎn)數(shù)為8 000個點(diǎn)，下圖4中給出了兩路采樣數(shù)據(jù)以及兩通道采樣數(shù)據(jù)合并后的采樣數(shù)據(jù)(只取了其中100點(diǎn)采樣點(diǎn)的局部圖)，可以看到，最后得到的系統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)確實(shí)在相同的采樣點(diǎn)數(shù)內(nèi)，采樣到的數(shù)據(jù)量為單通道采樣的數(shù)據(jù)量的兩倍，達(dá)到了提高采樣率的目的;同時，采樣數(shù)據(jù)確實(shí)存在著一定的誤差，這些誤差主要是通道間的失配誤差造成的。

通過Matlab軟件對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析和誤差校正，可以得到如下圖5和6所示的頻譜圖，圖5中所示的是對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，兩個通道每個通道采樣點(diǎn)數(shù)為8 000個點(diǎn)，從圖中可以看到得到的3種通誤差點(diǎn)基本上是符合前面推斷的，同時通道誤差的幅度都比較大，嚴(yán)重影響了采樣系統(tǒng)的性能;圖6中所示的是經(jīng)過誤差算法校正后采樣數(shù)據(jù)的頻譜圖，可以看到通道誤差基本上得到了校正，系統(tǒng)的信噪失真比和無雜散波動態(tài)范圍都得到了相應(yīng)的提高。

4 結(jié)論

本文利用2片ADC采樣芯片及外圍電路實(shí)現(xiàn)了基于時間交替采樣技術(shù)的ADC系統(tǒng)，同時分析了這種時間交替采樣技術(shù)固有的3種通道誤差以及對ADC系統(tǒng)的影響;通過Matlab軟件分析采樣數(shù)據(jù)，觀察這種系統(tǒng)的頻譜特性，同時分析通道誤差的估算和校正方法，并對實(shí)際采樣系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行了有效地誤差校正;實(shí)驗(yàn)證明，通過時間交替采樣技術(shù)確實(shí)可以有效地提高采樣頻率，同時其通道誤差可以根據(jù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析進(jìn)而得到有效地校正，從而提高系統(tǒng)的性能。